CN201060051Y - 一种ZnO MSM结构的紫外光电导探测器 - Google Patents

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边旭明
毕臻
徐庆安
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Abstract

本实用新型公开了一种高性能ZnO MSM结构的紫外光电导探测器，该结构包括一衬底，该衬底上沉积有ZnO薄膜层，在ZnO薄膜层上刻有作为欧姆接触的叉指电极图形，所述的叉指电极的对数为30～50，叉指电极的间距和指宽分别为10μm和30μm，叉指电极图形上还沉积有Al层或透明导电薄膜ITO层。本实用新型的ZnO MSM结构的紫外光电导探测器，灵敏度高、响应速度快，整个制备过程简单，成本低廉，易于控制；若在Si基衬底上制作，则可与常规的Si工艺兼容，有利于光电集成，且容易产业化，有很高的实用价值。

Description

一种ZnO MSM结构的紫外光电导探测器
技术领域
本实用新型涉及半导体器件。具体说涉及ZnO金属-半导体-金属结构的(MSM型)紫外光电导探测器。
背景技术
紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的又一新型探测技术。紫外探测器被广泛的应用于国防军事、天文学、环境监测、燃烧工程、水净化处理、火焰探测、生物效应、天际通信及环境污染监测等领域，具有极高的军事和民用价值。特别是在国防应用中，基于导弹紫外辐射探测的紫外预警等方面已成为紫外探测的研究重点。
由于ZnO(Eg＝3.34eV)相比于其它III-V族宽禁带化合物半导体有很多优势，例如在室温下具有更高的激子束缚能(60meV)，可以在较低温度下生长(100～750℃)，还具有很高的抗辐射性，可以应用于恶劣的环境。因此，对于ZnO基紫外探测器的研制，已引起研究人员的广泛重视。然而由于P型ZnO较难制备，可靠性和重复性也较差，ZnO基紫外探测器的研究主要集中在MSM结构的光导型和肖特基型探测器的制备。另外，由于MSM结构的探测器具有量子效率高，响应速度快，制备简单，易于集成等优点，也使其成为了研究的热点。
发明内容
本实用新型是提出一种具有高灵敏度、快速响应特性的ZnO MSM结构的紫外光电导探测器。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：
一种ZnO MSM结构的紫外光电导探测器，其特征在于，包括一衬底，该衬底上沉积有ZnO薄膜层，在ZnO薄膜层上刻有作为欧姆接触的叉指电极图形，所述的叉指电极的对数为30～50，叉指电极的间距和指宽分别为10μm和30μm，叉指电极图形上沉积有Al层或透明导电薄膜ITO层。
本实用新型的ZnO MSM结构的紫外光电导探测器，整个制备过程简单，成本低廉，易于控制；若在Si基衬底上制作，则可与常规的Si工艺兼容，有利于光电集成，且容易产业化，有很高的实用价值。
附图说明
图1是ZnO MSM型紫外光电探测器的结构图。
图2是本实用新型的ZnO探测器的叉指电极的示意图。
图3是本实用新型的ZnO探测器的明、暗电流曲线。
图4是本实用新型的ZnO探测器的时间响应的上升和下降曲线。
图5是本发明制备的ZnO探测器的光谱响应曲线。
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
本实用新型的ZnO MSM结构的紫外光电导探测器，ZnO半导体薄膜的制备和热处理方法对器件的性能有极重要的影响。
1.衬底1上制备ZnO薄膜2：衬底1选用SiO2/Si、石英玻璃或者蓝宝石；采用射频反应溅射(RF Sputtering)方法在衬底上沉积ZnO薄膜2，薄膜厚度约为150nm～500nm(见图1)；然后，将ZnO薄膜放在石英炉内，通入压强约为9.0×104Pa～1.0×105Pa的纯氧气，900℃热处理一个小时；
2.热处理后，在ZnO薄膜表面用光刻方法制作叉指电极图形，再沉积作为欧姆接触电极材料3，欧姆接触电极材料3选择金属Al或透明导电薄膜ITO，叉指电极对数为30～50对不等，叉指电极间距和指宽分别为10μm和30μm(见图2)并用常规的剥离的方法获得ZnO MSM型紫外光电导探测器。
3.为增加ZnO和欧姆电极的接触，整个器件可在真空中退火处理30分钟左右。
以下是发明人给出的实施例：
实施例1：
具体的实施步骤如下：
1.将SiO2/Si衬底按照常规工艺清洗并烘干，以去除表面吸附的杂质和水蒸汽，再将其放入真空系统中，使之平行于ZnO陶瓷靶材放置，距离约为7cm左右。
2.预抽真空到10-4Pa，缓慢通入氧气和氩气，同时调节的流量比到约1∶2左右，把两者的混合气体通入真空室，再使真空室气压保持为1～1.5Pa。
3.打开射频源，调节射频功率为100～200W左右，开始生长ZnO薄膜，生长时间为3～5小时，生长的ZnO薄膜厚度约为150nm～500nm。
4.然后将ZnO薄膜水平放置在石英炉内，系统抽真空后，再通入高纯O2，并缓慢升温至900℃保持一个小时，并使炉内O2气压保持在9.0×104Pa～1.0×105Pa左右。
5.最后，在ZnO薄膜表面用光刻方法制作叉指图形，再沉积厚度约为200nm左右的金属Al作为欧姆接触电极，并用常规的剥离的方法获得ZnOMSM型紫外光电导探测器，其中叉指电极对数为30～50对不等，叉指电极间距和指宽分别为10μm和30μm(见图2)。
6.为增加Al和ZnO的欧姆接触，整个器件在真空中退火处理30分钟。
实施例2：
本实施例与实施例1所不同的是，衬底材料选用石英玻璃，其余同实施例1。
实施例3：
本实施例与实施例1所不同的是，衬底材料选用蓝宝石，其余同实施例1。
实施例4：
本实施例与实施例3所不同的是，沉积厚度约为200nm左右的透明导电薄膜ITO作为欧姆接触电极，其余同实施例1。
申请人对本实用新型的ZnO MSM型紫外光电探测器的探测性能进行了测试，发现该探测器具有较高的灵敏度和明暗电流比，在5V偏压下，分别为741.3A/W和2477.1；并具有较快的上升时间和下降时间，分别约为63.8ns(10％-90％)和17.6μs(90％-10％)(见图3、图4)。并且光谱响应非常理想(图5)。

Claims (4)

1.一种ZnO MSM结构的紫外光电导探测器，其特征在于，包括一衬底，该衬底上沉积有ZnO薄膜层，在ZnO薄膜层上刻有作为欧姆接触的叉指电极图形，所述的叉指电极的对数为30～50，叉指电极的间距和指宽分别为10μm和30μm，叉指电极图形上还沉积有Al层或透明导电薄膜ITO层。
2.如权利要求1所述的ZnO MSM结构的紫外光电导探测器，其特征在于，所述的衬底材料为SiO2/Si、石英玻璃或蓝宝石。
3.如权利要求1所述的ZnO MSM结构的紫外光电导探测器，其特征在于，所述的ZnO薄膜厚度约150nm～500nm。
4.如权利要求1所述的ZnO MSM结构的紫外光电导探测器，其特征在于，所述的Al层或透明导电薄膜ITO层的厚度为200nm～300nm。
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